摘要：扣件式高大模板支架是我国建筑业中高大模板施工中通用的支架结构，具有拆装方便、搭设灵活、承载力较高、相对经济等优点。但是，由于施工中安全管理工作不到位，常常导致安全事故的发生，因此，对扣件式高大模板支架施工的安全管理展开研究十分必要。本文分析了扣件式高大模板支架失稳的原因及影响因素，并介绍了扣件式高大模板支架的安全控制措施，以望能为有关需要提供帮助。
关键词：扣件式钢管支架；高大模板；安全管理；失稳特性分析
引言
随着我国社会经济和建筑业的快速发展，建筑工程的规模也不断扩张，为满足建筑所需内部空间建筑功能的需求，扣件式钢管高大模板支架在建筑施工中被广泛应用。但是由于目前建筑施工中扣件式钢管高大模板支架失稳并且坍塌等事故时常发生，造成严重的人员伤亡和财产损失。因此，加强扣件式高大模板支架施工的安全管理，最大程度地降低安全事故发生频率成为亟需探讨的重要课题。
1 扣件式钢管高大模板支架概述
根据住建部颁发的《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》有关规定，支撑高度超过8m，或搭设高度超过18m，或施工荷载大于15KN/m2，或集中线荷载大于20KN/m的模板支撑系统均称为高大模板支撑体系。
在高大模板支撑体系中，扣件式钢管支架是目前应用较为普遍的一种支撑形式。扣件式钢管支架是由钢管通过扣件相连接而形成的临时性空间结构，由立杆、水平杆、剪刀撑等部件组成。作为主要受力结构，其稳定与否直接影响到整个模板支撑系统的安全。
2 扣件式钢管支架失稳特性分析
模板支架是为满足上部施工需要而搭设的临时性结构，其上部荷载作用形式、搭设的构造情况等均对其稳定性造成影响。国内相关专家通过建立不同的计算模型，经过大量实验、计算，对荷载加载、构造措施、搭设参数等对钢管支架稳定性的影响进行了研究，得到了大量的实验数据，为分析钢管支架的失稳特性提供了依据。
2.1 局部加载对模板支架极限承载力的影响
为能准确的说明问题，采用8步8跨的计算模型，立杆间距1.2m，步距1.2m，立杆伸出顶层横杆的距离a为0.2m。水平剪刀撑每4步设置一道，竖向剪刀撑每4跨设置一道，双向布置，取初始弯曲率1‰。依次在立杆顶端施加1/4、2/4、3/4、4/4的竖向荷载。经过加载试验，得其实验数据见表1。
表1 局部加载对模板支架的极限承载力（kN）.png)
通过对以上数据的分析，当施加4/4荷载时，模板支架的极限承载力最小。可见荷载的不均匀性对模板支架极限承载力的影响并不明显，荷载满布情况为模板支架的最不利荷载布置。
2.2 竖向荷载作用下构造措施对模板支架极限承载力的影响
为了较全面的说明问题，现仍采用8步8跨的计算模型，立杆间距1.2m，步距1.2m，立杆伸出顶层横杆的距离a为0.2m，按照几种不同的构造措施搭设支架并施加一定的荷载，测定其失稳的状况，研究构造措施对极限承载力的影响。其结果见表2
表2 不同构造措施下支架的极限承载力.png)
由上表可以看出，当两个方向均未设竖向剪刀撑时，极限承载力降低明显，达到55.3％。由此可见，纵横双方向均设置竖向剪刀撑是提高极限承载力的一项重要措施。而这一点在搭设钢管支架的施工中又是极易被忽视的，剪刀撑的缺失或搭设不合理的现象为钢管支架失稳破坏留下了隐患，应格外引起重视。
2.3 竖向荷载作用下搭设参数对模板支架失稳特性的影响
（1）立杆步距、立杆超出顶层水平杆的长度
a、立杆间距、模板搭设高度对失稳特性的影响仍以模板支架模型为研究对象，讨论立杆步距h、立杆超出顶层水平杆长度a、立杆间距、模板搭设高度、模板搭设面积对支架失稳特性的影响。
首先通过加载试验得出临界荷载与h、a的关系如表3。
表3 不同h、a时临界荷载.png)
从表3可以看出，当h一定时，a越大则临界荷载越低；当a一定时，h越大则临界荷载越低。
在搭设钢管支架时，为减少工作量及通行方便，钢管支架的步距往往设的较大，而在搭设到支架顶部时，为方便支模操作，顶层水平杆设的较低，导致立杆支撑点距其距离较大。这些因素也是造成钢管支架失稳的原因之一。
（2）不同立杆间距对临界荷载的影响
以立杆步距为1.2m的8跨8步支架为研究对象，a取0.2m，水平剪刀撑间距4步，竖向剪刀撑间距4跨，通过加载试验得出立杆间距取0.6m～1.5m时支架的临界荷载。
从表4可以看出，立杆间距对临界荷载的影响显著，临界荷载随着立杆间距的增加而减小。
表4 不同立杆间距时的临界荷载.png)
立管间距是决定钢管支架承载力的一个重要因素。立管间距的大小必须经过设计计算来确定。在实际施工中仅凭经验而非设计计算进行模板支架的搭设或虽有钢管支架的搭设方案但在搭设时不按搭设方案执行，导致立杆间距的确定较为随意。所有这些也均构成了钢管支架失稳的重要安全隐患。
2.4 竖向荷载作用下搭设步数对模板支架极限承载力的影响
采用纵向、横向均为8跨的计算模型，立杆间距为1.2m，步距为1.2m，a取0.2m，初始弯曲率取1‰，计算出搭设步数为4步、8步、12步以及16步的支架在竖向荷载作用下的极限承载力，计算结果见表5。
表5 不同搭设步数模板支架的极限承载力.png)
由表5可以看出，随着搭设步数的增加，支架的极限承载力逐步降低，尤其是有4步增加到8步时，由于此时搭设高度已经大于8m，已经属于高大模板支架范畴之内，支架的极限承载力降低幅度较为明显，对于这一点在进行模板支架设计时应该给与足够的注意。
2.5 考虑水平荷载作用时构造措施对模板极限承载力的影响
仍采用3.1计算模型，通过加载试验计算具有完备构造措施、有部分构造措施、无构造措施情况下模板支架的极限承载力，结果见表6。
表6 不同构造措施下水平荷载对模板支架极限承载力的影响.png)
由表6可以看出，当没有沿水平荷载的作用方向设竖向剪刀撑时，极限承载力下降幅度达到了近30％，当两个方向均未设竖向剪刀撑时，极限承载力下降幅度最大，达到了37％。
由此可见，完备的构造措施是抵抗水平荷载的必备条件。根据《混凝土结构工程施工规范》GB50666－2011的规定，模板支架所承受的水平荷载主要有：风荷载、混凝土下料产生的水平荷载、泵送混凝土或不均匀堆载等因素产生的附加水平荷载。
3 人为因素对模板支架安全性的影响
模板支架从设计、搭设到使用，每一个环节都要受到人为因素的影响，人为过失的普遍存在也是影响模板支架安全性的一个重要因素。
人为过失包括对不合格搭设材料的选用、搭设过程的操作过失，模板支架的不规范使用等。
（1）不合格材料的选用。
（2）搭设过程的操作过失。
（3）使用过程的过失。
4 扣件式钢管支架的安全控制
4.1 扣件式钢管支架搭设方案的安全控制
（1）在编制钢管支架搭设方案时应首先对模板及其支撑系统进行初步设计，初步确定钢管支架的各种搭设参数。然后按照现行施工规范要求进行验算，并根据验算结果对原来所作的初步设计进行调整，最后形成最终的钢管支架的设计图。
（2）在编制搭设方案时，扣件式钢管支架的搭设要求应满足现行《混凝土结构工程施工规范》GB50666－2011，《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162－2008，同时尚应满足《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130－2011规定，明确各种杆件的搭设要求及扣件螺栓紧固力矩的具体数值。
4.2 扣件式钢管支架搭设方案的审批控制
根据《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》、《危险性较大分部分项工程管理办法》等要求，高大模板及其支撑系统应由具有相应资质的工程技术人员编制专项施工方案。在编制完成后由本单位技术负责人进行审批，之后报请当地建筑施工安全管理部门组织专家进行安全论证，通过论证确认安全可行之后，方可实施。
4.3 扣件式钢管支架搭设施工的安全控制
（1）项目部工程技术人员应根据经过论证的模板支架的搭设方案对操作班组工人进行施工技术交底。使操作人员明确模板支架搭设的技术要求，安全注意事项。
（2）在搭设模板支架之前，应认真检查支架立杆下地基情况，立杆下应铺垫不小于50mm厚的木板。在搭设立杆时尚应在立杆上搭设扫地杆。
（3）操作工人在搭设钢管支架时，应使用力矩扳手，按照规范要求的力矩数值紧固扣件螺栓，其螺栓拧紧扭力矩不应小于40N·m，且不应大于65N·m.钢管接长使用对接扣件，不得虚接，以免支架在承受上部荷载时，立杆受力不均。
4.4 扣件式钢管支架的使用安全控制
（1）对于模板支架来说，其立杆所受最大荷载即出现于混凝土的浇筑过程中，破坏也往往发生在混凝土浇筑期间。因此，在浇筑混凝土之前应编制混凝土浇筑方案，科学、合理地确定混凝土浇筑的方向、混凝土浇筑方式。对于钢筋混凝土框架结构高大模板来说，应先浇筑框架柱或剪力墙混凝土，然后再搭设梁板结构的模板及其支架，高大模板支架应与框架柱或墙用连接件连接牢固，以确保模板支架的稳定。
（2）使用泵送混凝土时，泵管应设单独支架进行固定，不得与模板支架相连。
（3）使用料斗浇筑混凝土时，要严格控制混凝土放料高度不超过500mm。
（4）钢管支架应单独自成体系，脚手架、上料平台等设施不得与钢管支架相连。
5 结语
综上所述，扣件式钢管高大模板支持体系是我国目前使用量最大、应用最普遍的一种模板支撑形式，其安全管理工作十分重要。工作人员在建筑施工时要充分认识到扣件式钢管高大模板支架的特性，认真贯彻执行规范和有关规定，严格进行安全控制工作，以保障扣件式高大模板支架的稳定性，从而防止安全事故的发生。
参考文献：
[1]赵娣.扣件式高支模架安全施工方案评审程序[D].郑州大学.2014
[2]连崇波.浅谈高大模板扣件式钢管支撑体系安全监管[J].福建建材.2013（06）
论文作者:樊茂
论文发表刊物:《基层建设》2015年29期
论文发表时间:2016/9/19
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